计算流体力学（下） [Computational Fluid Dynamics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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徐文灿，胡俊 著

图书标签:

• 计算流体力学
• CFD
• 流体力学
• 数值分析
• 计算方法
• 工程流体力学
• 传热
• 多相流
• 湍流
• 有限体积法

出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564058838

版次：1

商品编码：11026117

包装：平装

外文名称：Computational Fluid Dynamics

开本：16开

出版时间：2012-04-01

用纸：胶版纸

页数：266

字数：349000

正文语种：中文

内容简介

《计算流体力学（下）》是专门论述计算流体力学的研究生教材，注重理论与工程技术相结合，强调基本概念，基本定理和基本应用，适度地引入国内，外计算流体力学研究的最新成果。全书共13章：偏微分方程有限差分方法的基本概念，差分格式的稳定性以及差分解的耗散和弥散，可压缩流体动力学基本方程组及其特征，结构网格生成方法。无黏可压缩流中的间断解，Rismann问题和单调差分格式，分裂方法，TVD原理和TVD格式，ENO和WENO格式，其他类型的高分辨率，高精度格式，数值边界条件的数学处理，非结构网格，二维、三维流动问题的数值模拟。
本书分为上下两册出版，其中第1至7章为上册，余部为下册。
本书适合作为高等院校相关专业的研究生或者高年级本科生教材使用，也可供相关研究人员参考。

内页插图

目录

下册
第8章 TVD原理和TVD格式
8.1 TVD原理
8.1.1 守恒律U1+fx（u）=0的总变差
8.1.2 守恒差分格式的收敛条件
8.2 差分格式为TVD的充分条件
8.2.1 显式TVD格式的充分条件
8.2.2 隐式TVD格式的充分条件
8.2.3 半离散差分形式为TVD的充分条件
8.3 高阶显式TVD格式的构造方法
8.3.1 MUSCL方法
8.3.2 Harten的修正通量方法
8.3.3 Sweby的反扩散方法
8.3.4 0sher和Chakravathy的通量限量方法
8.3.5 对称TVD格式
8.3.6 NND格式（无波动无自由参数的高分辨率格式）
8.4 双曲守恒型方程组的TVD解算器
8.4.1 守恒方程组的TVD格式
8.4.2 -般曲线坐标系Euler方程组的TVD解算器
8.4.3 差分格式中的人工黏性和熵修正
参考文献

第9章 ENO和WENO格式
9.1 ENO的定义和ENO格式
9.1.1 ENO的定义和ENO格式的基本结构
9.1.2 一致二阶精度无振荡插值函数和及其重构
9.1.3 基本无振荡插值函数和重构
9.1.4 非MUSCL型的ENO格式
9.1.5 类比方法得到的通量ENO格式
9.1.6 ENO格式进一步的讨论
9.2 WENO格式
9.2.1 由原变量构造的WENO格式
9.2.2 由通量构造的WENO格式
参考文献

第10章 其他类型的高分辨率、高精度格式
10.1 保持弥散关系（DRP）的差分格式
10.1.1 线化Euler方程的波动特性和弥散关系式
10.1.2 保持弥散关系的差分格式（DRP）
10.2 具有类谱分辨率的紧致有限差分格式
10.2.1 紧致格式
10.2.2 误差的Fourier分析和类谱格式
10.3 优化参数的ENO和WENO格式
10.3.1 高带宽的ENO格式
10.3.2 参数优化的WENO格式
10.4 摄动有限差分（PFD）方法
10.4.1 摄动有限差分的基本原理
10.4.2 中心型摄动有限差分格式
10.4.3 一维双曲型方程的摄动有限差分格式
10.4.4 守恒型方程的摄动差分格式
10.5 时一空守恒方法
参考文献

第11章 数值边界条件的数学处理
11.1 一般常用的数值边界条件
11.1.1 物理边界条件
11.1.2 实际边界条件
11.1.3 人为边界条件
11.2 特征分析方法和与时间相关的边界条件
11.2.1 时间相关边界条件的基本方程
11.2.2 无黏情况下与时间相关的边界条件
11.2.3 与时间相关的黏流边界条件
……

第12章 非结构网格
第13章 二维、三维流动问题的数个模拟
附录A Banach空间和线性算子
附录B 微分方程数值网络生成的数学基础
附录C 上册主要章节目录

前言/序言

《无迹之境：非线性动力系统与复杂流场解析》图书简介 聚焦于超越经典CFD范畴的前沿理论与方法 本书并非对经典计算流体力学（CFD）教科书中基础离散格式、湍流模型（如RANS方程及其标准修正）的重复阐述，而是深入挖掘了在极端物理条件下，传统数值方法遭遇瓶颈时所依赖的更深层次的数学物理工具。本书将读者从主流工程计算的舒适区引向探索复杂系统、非平衡态物理与高精度数值模拟的前沿阵地。 第一部分：高维动力学与流场的本征混沌 本部分着重于从信息论和动力系统理论的角度重新审视流体运动的本质。我们探讨的焦点是如何在有限的观测数据中，重构出决定流场演化的低维吸引子。 1. 延迟坐标嵌入与相空间重构： 深入解析Takens定理在流体力学中的应用。详细阐述如何利用时间序列数据（如传感器阵列或高频观测）构建一个能充分揭示流体本征动态的嵌入空间。讨论了嵌入维数、时间延迟的选择标准（如互信息法与虚假最近邻法），并展示了如何利用重构后的相空间来识别并区分周期性、准周期性与混沌运动。 2. 庞加莱截面与基本模态分析（Proper Orthogonal Decomposition, POD）的局限与扩展： POD作为一种数据驱动的降维技术，在识别流场的主导相干结构方面卓有成效。然而，本书将重点探讨其在线性或弱非线性系统中的局限性。随后，我们引入动态模态分解（Dynamic Mode Decomposition, DMD）及其扩展形式（如Koopman Operator Theory）。Koopman算子理论提供了一个将非线性流体动力学转化为线性动力学（在无穷维希尔伯特空间中）的框架。我们详细推导了连续时间DMD（CT-DMD）和分片线性的Koopman特征值，并展示了如何利用这些特征值来预测非定常、高非线性的涡旋演化，例如在分离流再附着过程中的过渡行为。 3. 随机动力学与Langevin方程在湍流建模中的地位： 在无法精确求解Navier-Stokes方程（NSE）的混沌系统中，随机描述成为重要的替代。本章超越了传统的Stochastic Subgrid-Scale（SGS）模型，转而关注如何利用Langevin动力学来描述亚网格尺度的能量耗散和随机涨落。我们讨论了如何从直接数值模拟（DNS）数据中反演精确的随机力项和阻尼项，从而构建出能量守恒且满足统计学规律的随机模型，特别是在介于大涡模拟（LES）和雷诺平均（RANS）之间的过渡区域。 第二部分：高精度数值方法与非牛顿流体效应 本部分聚焦于突破传统有限体积法（FVM）在处理强间断、高对比度物理量和复杂本构关系时的固有难点。 4. 守恒律方程的间断解：熵稳定与高分辨率格式： 对于涉及激波、接触间断或剧烈混合层的流动，满足熵条件的数值解至关重要。本书详细介绍了熵稳定格式（Entropy Stable Schemes）的构建原理，特别是基于Legendre-Gauss-Lobatto（LGL）点的谱元法（Spectral Element Method, SEM）和有限体积守恒律方法（Finite Volume Conservation Laws）。重点解析了Flux Reconstruction (FR) 格式，它结合了高阶精度和激波捕捉能力，是当前高精度CFD研究的热点。我们对比了Rusanov通量、Roe通量以及熵稳定通量的内在区别及其在捕捉稀疏激波下的表现。 5. 分形几何与多孔介质的有效介质理论： 在渗透流、多孔介质或人造湍流抑制结构（如微通道阵列）中，流体行为受到亚网格尺度的分形或非光滑边界的强烈影响。本书不再采用Darcy定律或简单的体积平均模型，而是深入探讨有效介质理论（Effective Medium Theory）。我们使用随机行走理论来评估孔隙结构对宏观渗透率和混合效率的影响，并引入分形维数来量化复杂界面对边界层分离和动量交换的影响。 6. 粘弹性流体与复杂流变学模型： 本章离开经典的牛顿流体假设，转向处理聚合物溶液、生物流体等粘弹性介质。我们详细分析了Oldroyd-B、Giesekus和Phan-Thien-Tanner（PTT）模型的数学特性，特别是它们在对流项中引入的弹性应力张量。数值挑战在于如何稳定求解这些包含高阶导数的本构方程，避免在对流占优的流场中产生数值振荡。本书提供了基于流变学弹性应力张量（RATIO）稳定化技术的有限元/有限体积耦合求解策略。 第三部分：随机反演与不确定性量化 本部分关注于如何从不完备的测量数据中，反演流场中的未知参数或边界条件，并对计算结果的可靠性进行量化评估。 7. 变分数据同化与四维变分（4D-Var）方法： 超越传统的卡尔曼滤波，本书重点讲解4D-Var方法在流体力学中的应用。该方法通过最小化一个由观测数据和预测模型构成的代价函数，来最优地估计初始条件或模型参数。核心在于高效计算伴随方程（Adjoint Equation）的梯度，这需要对NSE的拉格朗日形式进行精确的伴随推导，从而实现对大规模状态变量的敏感性分析。 8. 贝叶斯推断与MCMC方法在参数估计中的应用： 在存在大量模型不确定性和数据噪声的情况下，概率论方法是不可或缺的。我们详细介绍了马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，特别是Metropolis-Hastings算法和Hamiltonian Monte Carlo (HMC)在流体力学参数空间探索中的应用。目标是估计湍流模型参数（如SGS系数）的后验概率分布，而非仅仅求得单一最优值。 结语： 本书面向具备扎实CFD基础的研究生、科研人员及高级工程师。它旨在提供一套超越传统教科书范畴的、用于解析极端流动物理现象和处理高维复杂系统的分析工具箱。读者将学习如何批判性地评估现有数值方法的局限性，并掌握将动力系统、高精度离散与统计推断技术融入流体模拟的前沿技术。 --- 关键词： Koopman算子、DMD、熵稳定格式、延迟嵌入、粘弹性流变、4D-Var、HMC、分形介质。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的初步印象，是一种“深邃而有力量”的感觉。它并非那种可以随意翻阅消遣的读物，而是需要静下心来，仔细研读，反复琢磨的学术著作。我的职业生涯中，曾多次与流体相关的工程项目打交道，深切体会到精确模拟流体行为的重要性。然而，传统解析方法往往难以应对复杂边界条件和非线性耦合效应。因此，我对 CFD 技术一直抱有浓厚的兴趣，并希望能够通过系统学习来提升自身的工程技术水平。这本书的目录中，我看到了“自由表面流”、“多相流”等章节，这让我联想到我在工作中遇到的许多涉及液-气界面、颗粒悬浮等复杂流体现象的问题。如果这本书能够深入剖析这些问题的数值模拟方法，提供相关的模型和算法，并结合实际案例进行说明，那将对我解决实际工程难题提供巨大的启发。我期待这本书能成为我掌握先进 CFD 技术、解决复杂工程挑战的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我之前对 CFD 的认知，主要来自于一些公开的演示和产品说明，感觉它是一个非常强大但又难以捉摸的技术。这本书的厚度以及章节的细致程度，让我预感到它不是一本简单的入门读物，而更像是一本深入的工具书。我尤其对书中关于网格生成和质量控制的探讨很感兴趣。在进行 CFD 仿真时，网格的好坏直接影响到计算精度和收敛性，一个糟糕的网格往往会导致整个仿真失败。我曾经在处理一个具有复杂几何形状的流动问题时，花费了大量时间在网格划分上，但最终的结果并不理想。如果这本书能提供一些关于如何选择合适的网格类型、如何进行局部网格加密、以及如何评估网格质量的实用技巧，那将极大地提升我的工作效率。此外，我还在关注书中关于并行计算和高性能计算的部分，因为在处理大规模、高精度的 CFD 问题时，这些技术至关重要。我希望这本书能够为我打开一扇通往高效 CFD 仿真的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，严格来说，我才刚刚开始接触。作为一名初学者，我对 CFD 的了解仅停留在一些基本概念层面。我曾尝试阅读一些零散的网文和教程，但总是觉得缺乏系统性，难以形成完整的知识体系。这本书的书名《计算流体力学（下）》就暗示了它可能涵盖了更高级的主题，这让我既兴奋又有些担忧。但我注意到书中有一部分内容详细讲解了湍流模型的选择和应用，这正是我目前最迫切需要了解的。在实际工作中，我们经常会遇到湍流现象，而传统的层流模型无法准确预测其行为，导致仿真结果与实际情况存在较大偏差。如果这本书能够提供关于不同湍流模型（如 RANS、LES、DNS）的优劣分析、适用范围以及具体的实现方法，那将是对我莫大的帮助。我希望能在这本书中找到解决实际工程问题的方法论，而不仅仅是理论的堆砌。我期待这本书能像一位经验丰富的导师，一步步引导我掌握 CFD 的精髓，让我能够自信地应用于各种复杂的流体仿真任务。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，是从一个对 CFD 充满好奇但又稍显畏惧的读者的角度出发的。我曾经尝试过一些开源的 CFD 软件，但往往在配置参数、理解报错信息等方面遇到了巨大的困难，让我觉得 CFD 的门槛很高。这本书的标题“计算流体力学（下）”让我联想到，它可能是在“上”册的基础上，对更具挑战性、更接近实际应用的主题进行深入探讨。例如，我一直在思考如何将 CFD 与其他工程领域（如传热、结构力学）进行耦合仿真，以解决更综合性的工程问题。如果这本书能够提供关于多物理场耦合的理论基础、数值实现方法以及相关的应用案例，那对我来说将是宝贵的财富。我渴望通过阅读这本书，能够更清晰地理解 CFD 在不同工程领域中的应用潜力，并掌握一些实现复杂耦合仿真的基本思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，深蓝色的背景搭配白色的标题，给人一种专业而严肃的感觉。翻开目录，一股浓厚的学术气息扑面而来，仿佛置身于一个知识的海洋。虽然我还没有深入阅读，但仅仅是浏览章节名称，我就对它充满了期待。从“不可压缩流体流动”到“可压缩流体流动”，再到“多相流”，这些关键词触及了我一直以来在工程实践中遇到的诸多难题。我曾经在设计一个新型通风系统时，就遇到了复杂气流的模拟问题，当时的解决思路非常粗糙，效率低下，让我深感 CFD 技术的重要性。这本书的出现，无疑为我提供了一个系统学习和深入理解 CFD 的绝佳机会。我尤其关注书中关于数值离散方法和求解器算法的章节，希望能够借此掌握如何选择和优化适合特定问题的 CFD 方法，从而在未来的工作中取得突破。书中的图表和公式似乎都经过精心编排，虽然有些内容我现在还无法完全理解，但我相信随着阅读的深入，它们终将化为我解决问题的利器。总而言之，这本书给我带来了巨大的信心，让我觉得攻克 CFD 难题不再遥不可及。

评分☆☆☆☆☆

在国内还算比较好的计算流体力学，建议看看Anderson的计算流体力学入门，这是这个领域的经典。

评分☆☆☆☆☆

上册配了下册 相得益彰

评分☆☆☆☆☆

不错不错不错不错不错

评分☆☆☆☆☆

挺好的一本书，内容详实，中英对照很实用

评分☆☆☆☆☆

挺好的

评分☆☆☆☆☆

快递第二天就到了，书的质量也不错。

评分☆☆☆☆☆

书还没开始看 不过物流没得黑

评分☆☆☆☆☆

上册配了下册 相得益彰

评分☆☆☆☆☆

各种高级格式在下册出现了